Turnarea corpului supapei este o parte importantă a procesului de fabricație a supapelor, iar calitatea turnării supapei determină calitatea supapei. Următoarele prezintă câteva metode de turnare utilizate în mod obișnuit în industria supapelor:
Turnare în nisip:
Turnarea în nisip utilizată în mod obișnuit în industria supapelor poate fi împărțită în nisip verde, nisip uscat, nisip silicat și nisip auto-întăritor cu rășină furanică, în funcție de diferiții lianți.
(1) Nisipul verde este un proces de turnare care utilizează bentonită ca liant.
Caracteristicile sale sunt:Matrița de nisip finită nu necesită uscare sau întărire, are o anumită rezistență la umiditate, iar miezul de nisip și carcasa matriței au un randament bun, facilitând curățarea și scoaterea pieselor turnate. Eficiența producției de turnare este ridicată, ciclul de producție este scurt, costul materialelor este scăzut și este convenabilă organizarea producției pe linia de asamblare.
Dezavantajele sale sunt:Piesele turnate sunt predispuse la defecte precum pori, incluziuni de nisip și aderență a nisipului, iar calitatea pieselor turnate, în special calitatea intrinsecă, nu este ideală.
Tabel de proporții și performanțe ale nisipului verde pentru piese turnate din oțel:
(2) Nisipul uscat este un proces de turnare care folosește argila ca liant. Adăugarea unei cantități mici de bentonită îi poate îmbunătăți rezistența la umiditate.
Caracteristicile sale sunt:Matrița de nisip trebuie uscată, are o bună permeabilitate la aer, nu este predispusă la defecte precum spălarea nisipului, lipirea nisipului și porii, iar calitatea inerentă a turnării este bună.
Dezavantajele sale sunt:necesită echipamente de uscare a nisipului, iar ciclul de producție este lung.
(3) Nisipul siliconic este un proces de modelare care utilizează silica de sticlă ca liant. Caracteristicile sale sunt: silica de sticlă are funcția de întărire automată atunci când este expusă la CO2 și poate avea diverse avantaje ale metodei de întărire cu gaz pentru modelare și fabricarea miezurilor, dar există deficiențe precum colapsbilitatea slabă a carcasei matriței, dificultatea curățării cu nisip a pieselor turnate și rata scăzută de regenerare și reciclare a nisipului vechi.
Tabel de proporții și performanțe pentru nisipul de întărire cu CO2 din sticlă solubilă:
(4) Turnarea cu nisip auto-întăritor din rășină furanică este un proces de turnare care utilizează rășina furanică ca liant. Nisipul de turnare se solidifică datorită reacției chimice a liantului sub acțiunea agentului de întărire la temperatura camerei. Caracteristica sa este că nu este necesară uscarea matriței de nisip, ceea ce scurtează ciclul de producție și economisește energie. Nisipul de turnare cu rășină este ușor de compactat și are proprietăți bune de dezintegrare. Nisipul de turnare a pieselor turnate este ușor de curățat. Piesele turnate au o precizie dimensională ridicată și un finisaj bun al suprafeței, ceea ce poate îmbunătăți considerabil calitatea pieselor turnate. Dezavantajele sale sunt: cerințe ridicate de calitate pentru nisipul brut, miros ușor înțepător la locul de producție și cost ridicat al rășinii.
Proporția și procesul de amestecare a amestecului de nisip fără coacere pe bază de rășină furanica:
Procesul de amestecare a nisipului auto-întăritor din rășină furanică: Cel mai bine este să utilizați un mixer de nisip continuu pentru a obține nisip auto-întăritor din rășină. Nisipul brut, rășina, agentul de întărire etc. se adaugă secvențial și se amestecă rapid. Poate fi amestecat și utilizat oricând.
Ordinea adăugării diferitelor materii prime la amestecarea nisipului rășinos este următoarea:
Nisip brut + agent de întărire (soluție apoasă de acid p-toluensulfonic) – (120 ~ 180S) – rășină + silan – (60 ~ 90S) – producerea de nisip
(5) Proces tipic de producție a turnării în nisip:
Turnare de precizie:
În ultimii ani, producătorii de valve au acordat din ce în ce mai multă atenție calității aspectului și preciziei dimensionale a pieselor turnate. Deoarece un aspect bun este cerința de bază a pieței, acesta este, de asemenea, reperul de poziționare pentru prima etapă de prelucrare.
Turnarea de precizie utilizată în mod obișnuit în industria supapelor este turnarea de precizie, care este prezentată pe scurt după cum urmează:
(1) Două metode de procesare a turnării în soluție:
① Folosind material de matriță pe bază de ceară la temperatură joasă (acid stearic + parafină), injecție de ceară la presiune joasă, înveliș de sticlă solubilă, deparafinare cu apă fierbinte, proces de topire și turnare atmosferică, utilizat în principal pentru piese turnate din oțel carbon și oțel slab aliat cu cerințe generale de calitate, precizia dimensională a pieselor turnate poate atinge standardul național CT7~9.
② Folosind material de matriță pe bază de rășină la temperatură medie, injecție de ceară la presiune înaltă, înveliș de silice, deparafinare cu abur, proces de turnare rapidă atmosferică sau în vid, precizia dimensională a pieselor turnate poate atinge precizia CT4-6.
(2) Fluxul tipic de proces al turnării cu pereți speciali:
(3) Caracteristicile turnării cu pereți speciali:
①Piesa turnată are o precizie dimensională ridicată, o suprafață netedă și un aspect de bună calitate.
② Este posibilă turnarea pieselor cu structuri și forme complexe, dificil de prelucrat cu alte procedee.
③ Materialele de turnare nu se limitează la diverse materiale aliate, cum ar fi: oțel carbon, oțel inoxidabil, oțel aliat, aliaj de aluminiu, aliaje pentru temperaturi înalte și metale prețioase, în special materiale aliate care sunt dificil de forjat, sudat și tăiat.
④ Flexibilitate bună a producției și adaptabilitate puternică. Poate fi produs în cantități mari și este, de asemenea, potrivit pentru producția de bucăți individuale sau loturi mici.
⑤ Turnarea de investiții are și anumite limitări, cum ar fi: fluxul de proces greoi și ciclul de producție lung. Datorită tehnicilor de turnare limitate care pot fi utilizate, capacitatea sa de susținere a presiunii nu poate fi foarte mare atunci când este utilizată pentru turnarea pieselor turnate de supape subțiri cu carcasă rezistentă la presiune.
Analiza defectelor de turnare
Orice piesă turnată va avea defecte interne, iar existența acestor defecte va aduce pericole ascunse mari pentru calitatea internă a piesei turnate, iar repararea prin sudură pentru eliminarea acestor defecte în procesul de producție va aduce, de asemenea, o mare povară pentru acest proces. În special, supapele sunt piese turnate cu coajă subțire care rezistă la presiune și temperatură, iar compactitatea structurilor lor interne este foarte importantă. Prin urmare, defectele interne ale pieselor turnate devin factorul decisiv care afectează calitatea acestora.
Defectele interne ale pieselor turnate ale supapelor includ în principal pori, incluziuni de zgură, porozitate prin contracție și fisuri.
(1) Pori:Porii sunt produși de gaz, suprafața porilor este netedă și sunt generați în interiorul sau în apropierea suprafeței piesei turnate, iar formele lor sunt în mare parte rotunde sau alungite.
Principalele surse de gaz care generează pori sunt:
① Azotul și hidrogenul dizolvate în metal sunt conținute în metal în timpul solidificării piesei turnate, formând pereți interiori închiși, circulari sau ovali, cu luciu metalic.
②Umiditatea sau substanțele volatile din materialul de turnare se vor transforma în gaz din cauza încălzirii, formând pori cu pereți interiori maro închis.
③ În timpul procesului de turnare a metalului, din cauza curgerii instabile, aerul este implicat pentru a forma pori.
Metodă de prevenire a defectului stomatic:
① În topire, materiile prime metalice ruginite trebuie utilizate cât mai puțin posibil sau deloc, iar uneltele și polonicele trebuie coapte și uscate.
② Turnarea oțelului topit trebuie efectuată la temperatură ridicată și turnată la temperatură scăzută, iar oțelul topit trebuie sedat corespunzător pentru a facilita plutirea gazului.
③ Proiectarea procesului de turnare a coloanei verticale ar trebui să mărească presiunea oțelului topit pentru a evita încorporarea gazului și să stabilească o cale artificială de evacuare a gazelor pentru o evacuare rezonabilă.
④Materialele de turnare trebuie să controleze conținutul de apă și volumul de gaz, să crească permeabilitatea la aer, iar matrița de nisip și miezul de nisip trebuie coapte și uscate cât mai mult posibil.
(2) Cavitate de contracție (liberă):Este o cavitate (cavitate) circulară sau neregulată, coerentă sau incoerentă, care apare în interiorul piesei turnate (în special la punctul fierbinte), cu o suprafață interioară rugoasă și o culoare mai închisă. Granule cristaline grosiere, majoritatea sub formă de dendrite, adunate în unul sau mai multe locuri, predispuse la scurgeri în timpul testului hidraulic.
Motivul apariției cavității prin contracție (slăbiciune):Contracția volumică apare atunci când metalul se solidifică din stare lichidă în stare solidă. Dacă nu există suficientă reumplere cu oțel topit în acest moment, va apărea inevitabil o cavitate de contracție. Cavitatea de contracție a pieselor turnate din oțel este cauzată în principal de controlul necorespunzător al procesului de solidificare secvențială. Motivele pot include setări incorecte ale coloanei verticale, o temperatură prea ridicată de turnare a oțelului topit și o contracție mare a metalului.
Metode de prevenire a cavităților de contracție (slăbiciune):① Proiectați științific sistemul de turnare a pieselor turnate pentru a realiza solidificarea secvențială a oțelului topit, iar piesele care se solidifică primele trebuie completate cu oțel topit. ② Setați corect și rezonabil coloana verticală, subsidiara, fonta rece internă și externă pentru a asigura solidificarea secvențială. ③ La turnarea oțelului topit, injecția superioară din coloana verticală este benefică pentru a asigura temperatura oțelului topit și a alimentării și pentru a reduce apariția cavităților de contracție. ④ În ceea ce privește viteza de turnare, turnarea la viteză mică este mai propice solidificării secvențiale decât turnarea la viteză mare. ⑸ Temperatura de turnare nu trebuie să fie prea ridicată. Oțelul topit este scos din cuptor la temperatură ridicată și turnat după sedare, ceea ce este benefic pentru reducerea cavităților de contracție.
(3) Incluziuni de nisip (zgură):Incluziunile de nisip (zgură), cunoscute în mod obișnuit sub denumirea de blistere, sunt găuri circulare sau neregulate discontinue care apar în interiorul pieselor turnate. Găurile sunt amestecate cu nisip de turnare sau zgură de oțel, cu dimensiuni neregulate și agregate în acestea. Într-unul sau mai multe locuri, adesea mai mult pe partea superioară.
Cauzele includerii nisipului (zgurii):Incluziunea zgurii este cauzată de pătrunderea discretă a zgurii de oțel în turnare împreună cu oțelul topit în timpul procesului de topire sau turnare. Incluziunea nisipului este cauzată de etanșeitatea insuficientă a cavității matriței în timpul turnării. Când oțelul topit este turnat în cavitatea matriței, nisipul de turnare este spălat de oțelul topit și pătrunde în interiorul piesei turnate. În plus, funcționarea necorespunzătoare în timpul tăierii și închiderii cutiei, precum și fenomenul de cădere a nisipului sunt, de asemenea, motive pentru includerea nisipului.
Metode de prevenire a incluziunilor de nisip (zgură):① Când oțelul topit este topit, gazele de eșapament și zgura trebuie evacuate cât mai complet posibil. ② Încercați să nu răsturnați sacul de turnare a oțelului topit, ci folosiți un sac de ceainic sau un sac de turnare de bază pentru a împiedica zgura de deasupra oțelului topit să pătrundă în cavitatea de turnare împreună cu oțelul topit. ③ La turnarea oțelului topit, trebuie luate măsuri pentru a împiedica pătrunderea zgurii în cavitatea matriței odată cu oțelul topit. ④Pentru a reduce posibilitatea includerii nisipului, asigurați etanșeitatea matriței de nisip la modelare, aveți grijă să nu pierdeți nisip la tăiere și curățați cavitatea matriței cu o suflare înainte de a închide cutia.
(4) Fisuri:Majoritatea fisurilor din piesele turnate sunt fisuri fierbinți, cu forme neregulate, penetrante sau nepenetrante, continue sau intermitente, iar metalul de la nivelul fisurilor este închis la culoare sau prezintă oxidare superficială.
motive pentru fisuri, și anume stresul la temperatură ridicată și deformarea peliculei lichide.
Tensiunea la temperatură înaltă este tensiunea formată prin contracția și deformarea oțelului topit la temperaturi ridicate. Când tensiunea depășește limita de rezistență sau deformare plastică a metalului la această temperatură, vor apărea fisuri. Deformarea peliculei lichide este formarea unei pelicule lichide între granulele de cristal în timpul procesului de solidificare și cristalizare a oțelului topit. Odată cu progresul solidificării și cristalizării, pelicula lichidă se deformează. Când cantitatea de deformare și viteza de deformare depășesc o anumită limită, se generează fisuri. Intervalul de temperatură al fisurilor termice este de aproximativ 1200~1450℃.
Factorii care afectează fisurile:
① Elementele S și P din oțel sunt factori dăunători pentru fisuri, iar eutectica lor cu fierul reduce rezistența și plasticitatea oțelului turnat la temperaturi ridicate, rezultând fisuri.
② Incluziunea și segregarea zgurii în oțel cresc concentrația de tensiuni, crescând astfel tendința de fisurare la cald.
③ Cu cât coeficientul de contracție liniară al tipului de oțel este mai mare, cu atât este mai mare tendința de fisurare la cald.
④ Cu cât conductivitatea termică a tipului de oțel este mai mare, cu atât tensiunea superficială este mai mare, cu atât proprietățile mecanice la temperaturi ridicate sunt mai bune și cu atât tendința de fisurare la cald este mai mică.
⑤ Proiectarea structurală a pieselor turnate are o fabricabilitate slabă, cum ar fi colțuri rotunjite prea mici, diferențe mari de grosime a pereților și concentrații severe de stres, care vor cauza fisuri.
⑥Compactitatea matriței de nisip este prea mare, iar randamentul slab al miezului împiedică contracția piesei turnate și crește tendința de fisuri.
⑦Altele, cum ar fi aranjarea necorespunzătoare a coloanei verticale, răcirea prea rapidă a piesei turnate, stresul excesiv cauzat de tăierea coloanei verticale și tratamentul termic etc., vor afecta, de asemenea, generarea fisurilor.
În funcție de cauzele și factorii de influență ai fisurilor menționate mai sus, se pot lua măsuri corespunzătoare pentru a reduce și evita apariția defectelor de fisură.
Pe baza analizei de mai sus a cauzelor defectelor de turnare, a identificării problemelor existente și a luării măsurilor de îmbunătățire corespunzătoare, putem găsi o soluție la defectele de turnare, care să conducă la îmbunătățirea calității pieselor turnate.
Data publicării: 31 august 2023